(57)【要約】【課題】上部構体の軽量化及び強度の向上が図れる軌道系交通車両を提供する。【解決手段】台枠２上に上部構体４を取付けた軌道系交通車両において、上部構体４の少なくとも天井部４ａ及び窓下側板部４ｂが芯材３を繊維強化プラスチックのスキン１１，１２で一体的に挟んでなるサンドイッチ材により形成されていると共に、少なくともドア用の開口部７の周囲に補強フレーム１０が組み込まれている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
台枠上に上部構体を取付けた軌道系交通車両において、上部構体の少なくとも天井部及び窓下側板部が芯材を繊維強化プラスチックのスキンで一体的に挟んでなるサンドイッチ材により形成されていると共に、少なくともドア用の開口部の周囲に補強フレームが組み込まれていることを特徴とする軌道系車両。
【請求項２】
上記上部構体における上記サンドイッチ材により形成された部分以外は、上記スキンを積層した積層材により形成されていることを特徴とする請求項１記載の軌道系車両。
【請求項３】
上記補強フレームは、上記積層材を構成する外側スキンと内側スキンの間に組み込まれていることを特徴とする請求項１記載の軌道系車両。
【請求項４】
上記補強フレームに上記内側スキンを介して追加補強フレームを設け、上記補強フレーム及び上記追加補強フレームを覆うように繊維強化プラスチックからなるカバー材を設けたことを特徴とする請求項３記載の軌道系車両。
【請求項５】
上記補強フレームは、上記台枠に結合部材を介して結合されていることを特徴とする請求項１、３又は４に記載の軌道系車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軌道系交通車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軌道系交通車両としては、鉄道車両の他に、軌道上をゴムタイヤからなる走行輪で走行し、無人で自動操舵される新交通システムの車両が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この新交通システムの車両は、通常、レール上を走行する鉄道車両と異なり、ゴムタイヤからなる走行輪を軌道に沿って転向ないし操舵するために、車両の両側に走行案内輪が設けられ、この走行案内輪が軌道の両側に沿って設けられた案内レールに接触して案内されることにより、車両が機械的に操舵されて走行するようになっている。
【０００３】
ところで、鉄道車両は、車輪及び駆動部を有する前後の台車（ボギー）の上に台枠（アンダーフレーム）を載置し、その台枠の上に上部構体（上部構造体、車体ともいう。）を取付けた構造を有している。このような鉄道車両においては、上部構体がステンレスやアルミニウム合金などの金属によって形成されていて高い剛性を有し、上部構体に車両全体の剛性の７０％を持たせ、３０％を台枠に持たせている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４１６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、上記新交通システムの車両のように、ゴムタイヤで走行する車両においては、タイヤが支持可能な荷重が鉄道車両の車輪に比して小さいので、乗客数を増加させるためにも、上部構体の軽量化が望まれるが、金属製の上部構体では軽量化を図ることが困難であった。軽量で強度・剛性を有する材料としては、例えば繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰともいう。）が考えられる。なお、従来の車両では、ＦＲＰは、上部構体の先頭部分（キャブマスク）や内装パネル（剛性を保持する構造材ではない）に使用されているに過ぎなかった。
【０００６】
ところで、車両の振動形態を見た場合、車両が走行すると、タイヤからの衝撃荷重が前後の台車を介して台枠に伝わり、台枠の前後方向中央部が弓状に撓むように振動する。上部構体を単にＦＲＰ製にしただけでは、上部構体の剛性が不足していて振動を抑制することは難しい。
【０００７】
本発明は、前記事情を考慮してなされたものであり、上部構体の軽量化及び強度の向上が図れる軌道系交通車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明は、台枠上に上部構体を取付けた軌道系交通車両において、上記上部構体の少なくとも天井部及び窓下側板部を芯材を繊維強化プラスチックのスキンで挟んだサンドイッチ材により形成すると共に、少なくともドアの開口部の周囲に補強フレームを組み込んだことを特徴とする。
【０００９】
上記上部構体における上記サンドイッチ材により形成された部分以外は、上記スキンを積層した積層材により形成されていることが好ましい。上記補強フレームは、上記積層材を構成する外側スキンと内側スキンの間に組み込まれていることが好ましい。上記補強フレームに上記内側スキンを介して追加補強フレームを設け、上記補強フレーム及び上記追加補強フレームを覆うように繊維強化プラスチックからなるカバー材を設けていることが好ましい。上記補強フレームは、上記台枠に結合部材を介して結合されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、上部構体の軽量化及び強度の向上が図れ、上部構造体がＦＲＰ製の鉄道車両や新交通システム車両を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る軌道系交通車両の上部構体を概略的に示す側面図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ線拡大断面図、（ｂ）は積層材の拡大断面図である。
【図３】上部構体における補強フレームの配置図である。
【図４】（ａ）は図３のＢ−Ｂ線拡大断面図、（ｂ）は図３のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】（ａ）は追加補強フレームを適用した場合の図３のＢ−Ｂ線拡大断面図、（ｂ）は図３のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】図５のＤ−Ｄ線断面であって、台枠上に上部構体を取付ける取付け構造の一例を示す断面図である。
【図７】台枠の一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための形態を添付図面に基いて詳述する。
【００１３】
図１又は図３において、１は軌道系交通車両例えば新交通システムの車両で、この車両１は、台枠２と、この台枠２の前部と後部の下部にそれぞれ設けられる台車３と、上記台枠２上に設けられる上部構体４とを備えている。台車３は、左右一対のゴムタイヤからなる走行輪３ａと、その走行輪を駆動する駆動部（図示省略）とを有している。走行輪３ａを軌道に沿って転向ないし操舵するために、車両の両側に走行案内輪（図示省略）が設けられ、この走行案内輪が軌道の両側に沿って設けられた案内レール（図示省略）に接触して案内されることにより、車両１が機械的に操舵されて走行するようになっている。
【００１４】
上部構体４には、前部と後部に窓用の開口部５が設けられると共に、両側部に窓用の開口部６やドア用の開口部７が設けられる。上記上部構体４は、軽量化を図るために繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の単層材（単層板）好ましくはその積層材８により形成されているが、ＦＲＰの積層材８だけでは足りない剛性・強度の更なる向上を図るために、上部構体４の少なくとも天井部及び窓下側板部、本実施形態では、天井部４ａ、窓下側板部４ｂ及び前後の窓下正面部４ｃは、芯材をＦＲＰのスキンで挟んだサンドイッチ材９により形成され、少なくともドア用の開口部７の周囲には補強フレーム１０が組み込まれている。
【００１５】
すなわち、上部構体４は、サンドイッチ材９で構成される部分と、積層材８で構成される部分とからなる。これらの部分は、ＦＲＰの成形法である例えばオートクレープ成形法或いはＶａＲＴＭ成形法により形成される。サンドイッチ材９で構成される部分は、図２（ａ）に示すように先ず上部構体用の図示しない型によりＦＲＰの外側スキン（外皮）１１を形成し、型から外した上部構体用の外側スキン１１の内側面に芯材１３を接着剤（好ましくは構造用接着剤）１４により貼り付け、この芯材１３の内側面とその内方に配置した図示しない型の間に内側スキン１２を形成することにより構成される。なお、サンドイッチ材９は一度に成形（外側スキン１１と芯材１３と内側スキン１２を一体成形）してもよい。
【００１６】
積層材８で構成される部分は、図２（ｂ）に示すように先ず上記と同様に外側スキン（外皮）１１を形成し、この外側スキン１１の内側面とその内方に配置した図示しない型の間に内側スキン１２を形成することにより構成される。なお、積層材８は一度に成形（外側スキン１１と内側スキン１２を一体成形）してもよい。芯材１３の内側面又は外側スキン１１の内側面に内側スキン１２を積層形成する場合には、ＦＲＰの樹脂が接着力を有するため接着剤は不要である。なお、ＦＲＰの繊維材としては、炭素繊維でもよく、ガラス繊維でもよい。上記芯材１３としては、アルミニウム合金製のハニカム材が好ましいが、発泡材やバルサ材であってもよい。
【００１７】
上記補強フレーム１０は、図３に示すようにドア用の開口部７の両側位置に配置された垂直の主補強フレーム１０ａと、車両の側部の前部側及び後部側に配置された垂直で主補強フレーム１０ａよりも高さの低い副補強フレーム１０ｂと、隣り合う主補強フレーム１０ａ，１０ａ間及び主補強フレーム１０ａと副補強フレーム１０ｂ間に跨って水平にそれぞれ配置された窓下補強フレーム１０ｃと、天井部４ａの両側に長手方向（車長方向）に沿って平行に配置された天井補強フレーム１０ｄとから主に構成されている。そして、両側の天井補強フレーム１０ｄ，１０ｄで囲まれる領域には上記サンドイッチ材９で構成される部分が配置され、窓下補強フレーム１０ｃと両主補強フレーム１０ａ，１０ａで囲まれる領域、窓下補強フレーム１０ｃと主補強フレーム１０ａ及び副補強フレーム１０ｂで囲まれる領域にはサンドイッチ材９で構成される部分が配置される。
【００１８】
補強フレーム１０は、図４（ａ）に示すように積層材８を構成する外側スキン１１と内側スキン１２の間に組み込まれる。この場合、外側スキン１１の内側面に構造用接着剤１４を介して補強フレーム１０の主補強フレーム１０ａを貼り付け、その外側スキン１１の内側面及び主補強フレーム１０ａの露出面を覆うように内側スキン１２が一体的に設けられる。なお、サンドイッチ材９で構成される部分においては、図４（ｂ）に示すように主補強フレーム１０ａ及び芯材１３が外側スキン１１の内側面に構造用接着剤１４を介して貼り付けられ、その外側スキン１１の内側面及び主補強フレーム１０ａ及び芯材１３の露出面を覆うように内側スキン１２が一体的に設けられる。
【００１９】
図５は、上部構体の剛性・強度の更なる向上を図るために、補強フレーム１０である例えば主補強フレーム１０ａに追加補強フレーム１０ｘを追加して設けた一例が示されている。この場合、図５（ａ）ないし（ｂ）に示すように主補強フレーム１０ａの内側スキン１２側に構造用接着剤又はＦＲＰ１５を介して追加補強フレーム１０ｘを貼り付け、これら主補強フレーム１０ａ及び追加補強フレーム１０ｘを覆うようにＦＲＰ又はその積層材でカバーする。ＦＲＰ又はその積層材からなるカバー材１６が取付具（例えばボルトとナット）１７により取付けてもよい。
【００２０】
上記主補強フレーム１０ａは、例えば図６に示すように上記台枠２に結合部材（例えばブラケット）１８を介して結合されている。この結合部材１８は、台枠２の側梁２ｂの上面及び側面に当接される断面逆Ｌ字状のベース部１８ａと、このベース部１８ａの上面から垂直に起立して設けられた起立部１８ｂとを有し、そのベース部１８ａが側梁２ｂに取付具（例えばボルトとナット）１９により取付けられ、主補強フレーム１０ａの下端部がベース部１８ａの上面に当接されると共に起立部１８ｂに対して取付具２０により取付けられている。これにより、台枠２と上部構体４が結合され、車両全体の剛性・強度の向上が図れるようになっている。なお、副補強フレーム１０ｂも、台枠２に結合部材を介して結合されていることが好ましい。
【００２１】
一方、上記台枠２は、図７に示すように前部と後部の端部梁２ａ，２ａ間に掛け渡された両側の側梁２ｂ，２ｂと、両側の側梁２ｂ，２ｂ間に掛け渡された複数の枕梁２ｃと、外側の枕梁２ｃと端部梁２ａ間に掛け渡された台車取付梁２ｄとから構成されている。この構成は、鉄道車両の台枠と基本的に同じであるが、上部構体がＦＲＰ製の車両における台枠の占める車両全体の剛性の割合を増加させて車両全体の剛性の向上を図るために、例えば前後の台車取付梁２ｄ，２ｄ間には一点鎖線で示すように中梁２１が設けられていることが好ましい。
【００２２】
以上の構成からなる軌道系車両によれば、上部構体４の少なくとも天井部４ａ及び窓下側板部４ｂが芯材１３をＦＲＰのスキン１１，１２で一体的に挟んでなるサンドイッチ材９により形成されると共に、少なくともドア用の開口部７の周囲に補強フレーム１０が組み込まれているため、上部構体４の軽量化及び剛性の向上が図れ、開口部周囲の変形を防止できる。上記上部構体４における上記サンドイッチ材９により形成された部分以外は、上記スキン１１，１２を積層した積層材８により形成されているため、上部構体全体のＦＲＰ化が容易に可能である。
【００２３】
上記補強フレーム１０は、上記積層材８を構成する外側スキン１１と内側スキン１２の間に組み込まれているため、サンドイッチ材９と相俟ってＦＲＰ製の上部構体４の剛性・強度の向上が容易に図れる。上記補強フレーム１０に上記内側スキン１２を介して追加補強フレーム１０ｘを設け、上記補強フレーム１０及び上記追加補強フレーム１０ｘを覆うようにＦＲＰからなるカバー材１６を設けるため、上部構体４を製作した後でも必要に応じて剛性・強度の向上を実現することができる。上記補強フレーム１０は、上記台枠２に結合部材１８を介して結合されているため、車両全体としての剛性・強度を高めることができる。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１は、台枠に上部構体を取り付けたものを試験したものであり、上部構体にはドアが取付けられていない。試験は、台枠の前後方向中央部に上向きに荷重を加え、その時の振動（モード）、固有振動数を検出するものである。ここで、固有振動数と剛性とには、剛性が高いほど固有振動数が高くなるという関係がある。そこで、固有振動数を測定、評価することで、剛性を評価した。表１は、追加補強フレームによる補剛の効果（固有振動数の変化）を示しており、ベース（補剛前）の各固有振動数を１として比較し、追加補強フレームによる補剛により剛性が向上していることが分かる。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１  車両
２  台枠
３  台車
４  上部構体
５，６，７  開口部
８  積層材
９  サンドイッチ材
１０  補強フレーム
１０ｘ  追加補強フレーム
１１  外側スキン
１２  内側スキン
１３  芯材
１４  接着剤
１６  カバー材
１７  取付具
１８  結合部材
１８ａ  ベース部
１８ｂ  起立部
１９，２０  取付具
２１  中梁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010254121.tif 000009
【図７】
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